4

Obróbka cieplna - proces technologiczny którego celem jest zmiana własności mechanicznych i fizykochemicznych metali i stopów w stanie stałym, przede wszystkim przez wywołanie zmian strukturalnych zawsze w wyniku działania temp. i  czasu, a ponadto bardzo często środowiska oraz rzadziej pola magnetycznego lub odkształcenia plastycznego.

Rodzaje Obróbki Cieplnej

1.Podział z względu na zasięg obr ciep

- obr ciepl objętościowa – w wyniku której zmieniają się własności mechaniczne i fizykochem metali i stopów w całej obj. Materiału.

- obr ciepl powierzchniowa - w wyniku której zmieniają się własności mechaniczne i fizykochem metali i stopów tylko w wrstwie wierzchniowej obrabianego materiału.

2. Podział ze względu na czynniki wpływające na kształtowanie struktury i właściwości metali i stopów:

- obróbka cieplna zwykła :

   temperatura, czas

- obróbka cieplno – chemiczna:

   temp. czas, środowisko

- obróbka cieplno - plastyczna:

   temp, czas, odkształcenie plastyczne

- obróbka cieplno – magnetyczna:

   temp, czas, pole magnetyczne

Obróbka cieplno – zwykła

Proces technologiczny w wyniku którego  uzyskuje się  zmian własności stali i stopów będące funkcją  temp, i czasu.

Klasyfikacja Obróbki cieplno-zwykłej:

1. Wyżarzanie:

A) Z Przemianą Alotropową

- Wyżarzanie zupełne

- Wyżarzanie normalizujące

- Wyżarzanie zmiękczające

- Wyżarzanie ujednoradniające

- Wyżarzanie grafityzujące

b) Bez Przemiany Alotropowej

Wyżarzanie rekrystalizujące

Wyżarzanie odprężające

Wyżarzanie stabilizujące

2. Hartownie

- martenzytyczne

- banityczne

- patentowanie

- powierchniowe

- obj.

3. Odpuszczanie

-niskie

-średnie

-wysokie

4. utwardzanie wydzieliniowe

Obróbka cieplno – chemiczna

Proces technologiczny, którego celem jest uzyskanie zmian własności warstwy wierzchniej metali i stopów w wyniku działania: temp, czasu, środowiska  technologicznego.

Obróbka cieplno - plastyczna

Proces technologiczny, którego celem jest uzyskanie głównie zmian mechanicznych własności metali i stopów w wyniku działania: temp, czasu, odkształcenia plastycznego.

Klasyfikacja Obróbki cieplno-plastycznej:

Ob. c.p.: 1 niskotemperaturowa; 2 wysokotemperaturowa; 3 z przemianą adiabatyczną?

Proces technologiczny obróbki cieplnej.

Podstawowa część procesu produkcyjnego, podczas której następuje zmiana własności fizycznych chemicznych i innych obrabianego cieplnie wsadu.

Wsad – materiały części lub przedmioty cieple.

Operacja obróbki cieplnej

Część procesu technologicznego obróbki cieplnej wykonywana na jednym stanowisku obróbki cieplnej przez jednego lub kilku pracowników na jednym wsadzie np.: 1 hartowanie, 2 wyżarzanie, 3 odpuszczanie, 4 przesycanie.

Zabiegi obróbki cieplnej

Część operacji obróbki cieplnej realizowana za pomocą tych samych środków technologicznych przy niezmienionych parametrach obróbki cieplnej. Do najważniejszych zabiegów obróbki cieplnej należą: nagrzewanie, wygrzewanie, chłodzenie.

Nagrzewanie – ciągłe lub stopniowe podwyższanie temp wsadu.

Wygrzewanie – wytrzymywanie wsadu w temp. pośredniej lub docelowej.

Chłodzenie – obniżanie temp. wsadu do temp otoczenia lub innej.

Chłodzenie ciągłe – chłodzenie bez przystanków temp.

Chłodzenie stopniowe – chłodzenie przerywane chłodzenie z jednym lub więcej przystankiem temp.

Austenityzowanie

Wygrzewanie wsadu stalowego w temp 30-50°C powyżej:

          Ac3 (stale podeutektoidalne)

          Ac1 (stale nadeutektoidalne)

w celu wytwarzania struktury:

          jednorodnego austenitu

          austenitu z węglikami

Podstawowe parametry zabiegu grzania to: temp, czas.

Powyższe parametry obróbki cieplnej tj temp. i czas nagrzewania wiąże szybkość nagrzewania określona jako pochodna temp po czasie.

Czynniki mające wpływ na szybkość nagrzewania:

Związane z wsadem:

-           przewodność cieplna materiału

-           masa

-           kształt i wymiary przekroju poprzecznego

-           rozmieszczenie wsadu w urządzeniu grzewczym

Związane z układem grzewczym:

-           moc grzejna urządzenia grzewczego

-           konstrukcja

-           różnice temp. pomiędzy wsadem a urządzeniem grzewczym

-           środowisko pośredniczące podczas grzania

Możliwe przebiegi nagrzewanie wsadu:

Nagrzewanie powolne - ciągłe lub stopniowe nagrzewanie wsadu wraz z urządzeniem grzewczym do temp docelowej.

Nagrzewanie przyspieszone - nagrzewanie wsadu w urządzeniu grzewczym o temp docelowej.

Nagrzewanie szybkie – nagrzewanie wsadu w urządzeniu grzewczym o temp początkowej wyższej od temp docelowej

Zabieg chłodzenia polega na obniżeniu temp wsadu z temp docelowej do temp otoczenia lub do innej określonej warunkami technologicznymi

Zabieg chłodzenia służy: powolnemu chłodzeniu wsadu do temp otoczenia gdy właściwości wsadu zostały ukształtowane w temp obróbki cieplnej; chłodzeniu wsadu z określona szybkością tak aby zaszły w nim w trakcie chłodzenia zamierzone zmiany struktury określające własność wsadu w temp. Otoczenia.

Ośrodki chłodzące:

1 Ciekłe:

Woda i jej roztwory, sole nieorganiczne, kwasy, ługi, roztwory wodne alkalii, roztwory wodne, oleje, emulsje wodne, emulsje olejowe, wodne roztwory polimerowe, kąpiele stopionych soli, kąpiele stopionych metali.

2 Gazowe:

Powietrze i inne gazy.

3 Ośrodki Stałe:

Piesek, popiół, matryce lub płyty metalowe

W operacjach OC zabiegi chłodzenia wsadu realizuje się z różnymi szybkościami.

Stosuje się szybkości chłodzenia od bardzo małych wynoszących kilka stopni na godzinę do bardzo dużych przeszło tysiąc stopni na sekundę.

Szybkość chłodzenia jest zależna od wielu czynników:

-           kształtu

-           wymiarów i masy przedmiotu

-           temp. nagrzewania

-           sposobu chłodzenia

-           rodzaju i właściwości ośrodka chłodzącego

W celu zwiększenia prędkości chłodzenia pomiędzy wsadem a ośrodkiem stosuje się wymuszony ruch:

-           ośrodka chłodzącego względem wsadu ( sprężone powietrze, strumień wody)

-           wsadu względem nieruchomego ośrodka

Możliwe jest stosowanie obu sposobów jednocześnie.

Wyżarzanie – polega na nagrzaniu wsadu do określonej temp. wygrzaniu w tej temp i zazwyczaj powolnym chłodzeniu z szybkością pozwalającą na otrzymanie struktury w stanie równowagi lub zbliżonej do tego stanu. Temp. jest najważniejszym parametrem wyżarzania.

Główne cele operacji wyżarzania:

-           Zmniejszenie twardości i tym samym ułatwienie obróbki skrawaniem lub obróbki plastycznej na zimno.

-           Uzyskanie struktury właściwej z punktu widzenia dalszych operacji obróbki cieplnej lub innych operacji technologicznych.

-           Zmniejszenie naprężeń własnych.

1 Z Przemianą Alotropową

Wyżarzanie zupełne - przeprowadzane w temperaturze 30÷50°C powyżej linii GSE wykresu żelazo-węgiel temperatury przemiany austenitycznej. Polega na wygrzaniu w tej temperaturze, a następnie powolnym schłodzeniu, zwykle wraz z piecem. Stosuje się je w celu uzyskania drobnoziarnistej struktury, zwykle do staliwnych odlewów.

Wyżarzanie normalizujące (normalizowanie) - przeprowadzane w temperaturze 30÷50°C powyżej linii GSE wykresu żelazo-węgiel temperatury przemiany austenitycznej, kiedy tworzy się już czysty austenit bez udziału ledeburytu. Po ostudzeniu w powietrzu otrzymuje się w ten sposób jednolitą strukturę i usuwa naprężenia, powstałe w czasie poprzedniej obróbki. Normalizowaniu poddaje się wyższej jakości wyroby hutnicze oraz przedmioty przeznaczone do dalszej obróbki cieplnej, np. połączeniu hartowania. Odmianą normalizowania jest wyżarzanie niezupełne, gdy w strukturze stali dopuszcza się obok austenitu także i ledeburyt. Nagrzewa się wtedy stal do temperatury powyżej linii GSK wykresu żelazo-węgiel.

Wyżarzanie zmiękczające (sferoidyzacja) - przeprowadzane w temperaturze zbliżonej do temperatury przemiany austenitycznej. Zwykle najpierw wygrzewa się w temperaturze około 15°C powyżej linii PSK wykresu żelazo-węgiel, następnie 15°C C poniżej tej temperatury, po czym następuje powolne schładzanie. Taki zabieg powoduje przemianę cementytu płytkowego w postać kulkową, sferoidalną, co podwyższa obrabialność skrawaniem stopu. Takiemu wyżarzaniu poddaje się stale, staliwa i żeliwa.

Wyżarzanie ujednoradniające - przeprowadzane w temperaturach pomiędzy 1000÷1200°C w celu ujednorodnienia składu chemicznego stali w całym przekroju, jeśli wskutek błędów w poprzednich operacjach nie uzyskano takiej jednolitości.

Wyżarzanie grafityzujące (grafityzacja) - stosuje się w stosunku do żeliwa białego w celu uzyskania żeliwa ciągłego. W czasie tego typu wyżarzania cementyt rozkłada się na ferryt i grafit.

2 Bez Przemiany Alotropowej

Wyżarzanie rekrystalizujące (rekrystalizacja) - przeprowadzane w temperaturach pomiędzy 550÷650°C. Poddaje się mu wyroby wcześniej obrabiane plastycznie na zimno w celu usunięcia niekorzystnego wpływu zgniotu.

Cel: Zmniejszeniw trwardości , zwiększenie plastyczności, uzyskanie końowej wielkości ziarna bez przemiany fazowej.

Wyżarzanie odprężające - przeprowadzane w temperaturach pomiędzy 400÷500°C. W tych temperaturach stop zyskuje znaczną plastyczność, co umożliwia usunięcie wewnętrznych naprężeń (powstałych podczas krzepnięcia odlewu lub spoiny) poprzez zamienienie ich na odkształcenia plastyczne.

Cel: zmniejszenie naprężęń wł bez wyrażnych zmian strukt i własności uzyskanych w wyniku wcześniejszej obróbki.

Zastosowanie: odwley staliwa, elem spawanych lub utrwardzonych przez odkszt plastyczne.

Wyżarzanie stabilizujące (stabilizowanie) - przeprowadzane w temperaturach pomiędzy 100÷150°C i trwa od kilku do kilkudziesięciu minut, w stosunku do wyrobów odlewniczych w celu usunięcia naprężeń odlewniczych. Stabilizowanie jest przyspieszoną metodą sezonowania.

Odpuszczanie – jest to zabieg cieplny stosowany do przedmiotów uprzednio zahartowanych, polegający na nagrzaniu ich do temperatury niższej od przemian fazowych, wygrzaniu w tej temperaturze z następnym chłodzeniem powolnym lub przyspieszonym. Jest ono stosowane w celu polepszenia właściwości elementów przy jednoczesnym usunięciu naprężeń własnych, które mogłyby doprowadzić do ich pękania. Przemiany zachodzące w martenzycie podczas nagrzewania można podzielić na cztery etapy.

1 martenzyt wydzieliniowey

2 martenzyt odpuszczony

3 bainitycznym

4 sorbitem

Wyróżniamy odpuszczanie:

·         niskie 150°C - 250°C

Cel:Uzyskanie naprężęń hartowniczych z zachowwaniem dużej twardości wytrzymałościowej i odpornośći na ścieranie.

Zastosowanie: narzędzia obrabiane, sprężyny, cześci maszyn nawęglane, hartowanie powierzch.

·         średnie 250°C - 500°

Cel:uzyskanie wysokiej wytrzymałości i granicy sprężystości przy nieznacznym obciążęniu trwardości.

Zastosowanie:soprężyny, resory, matryce kuznicze, młoty pneumtyczne.

·         wysokie 500°C - Ac1

Cel:uzyskanie najwyższej udarności przy wystarczajacej wytrzmałości na rozciąganie.

Zastosowanie: części maszyn, koła zębate, wały korbowe, wały okrętowe.

Hartowanie –operacja obróki cieplnej prowadzaca do uzyskania struktury o dużej trwardości wytrzymałościowej i odporności na ścieranie.

1) temp austynizowania

2) czas austenizowania

3) szybkośc chłodzenia

Rodzaje hartowania:

1) ze wzgl na uzyskanie struktury:

martenzytyczne,  banityczne  , perlityczne 

2) ze wzgl na sposób nagrzania:

indukcyjne, oporowe laserowe, płomieniowe.

3) ze wzgl na zasięg:

obj i  powierzchniowe

4) ze wzgl na sposób chłodzenia:

ciągłe, stopniowe, izotermiczne

...